JPS61264772A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は磁気的情報を強磁性合金薄膜の磁気抵抗効果を
利用して電気的信号に変換する磁気抵抗効果素子（以下
、ＭＲ素子と称す）に関する。

（従来技術とその問題点） ＭＲ素子は、高感度化、低消費電力が可能で。

用途に応じた形状に形成し易い等の多くの利点があり、
近年、磁気センサー、高記碌密度用磁気ヘッドとしての
開発が活発に進められている。

この種のＭ几素子の、基本的構成を第４図に示す。第４
図（ａ）、　（ｂ）はそれぞれＭＲ素子の平面図及び正
面図を示す。図において、パーマロイ等の磁気抵抗効果
を有する短冊状強磁性合金薄膜１ｒ！その長手方向両端
に１強磁性合金薄膜１にセンス電流を供給するため電極
２が接続されている。かかる構成のＭＲ素子は、外部か
らの信号磁界により強磁性合金薄膜ｌの磁化が回転し、
その回転角に応じて、抵抗が変化する。従って、電極２
から−定に調整されたセンス電流を供給すると、抵抗変
化に応じた出力電圧が得られる。即ち、外部信号磁界に
対応する電気的信号が得られる。

しかし、かかる構成のＭ几素子は、信号磁界の影響によ
って１強磁性合金薄膜目こ磁壁３が形成されるために時
間と共に再生出力が変動したり該磁壁３が不規則な動１
！をするためバルクハウゼンノイズが発生することがあ
る、 これらハ、磁壁３の存在ｔこよって、外部磁界による磁
化の回転が強磁性合金薄膜１の全域で様とならず１局所
的に不規則な変化を示すことに起因している。

この様な問題をなくすには、強磁性合金薄！Ｉｌの手長
（匂方向永久磁石等の手段により数Ｏｅのバイアス磁界
を印加し、磁壁３を消滅させる方法が知られている。し
かし、この方法は、磁界印加手段を具備する必要性から
、ｔｍ変換器としての小型化が困難になる。特にＭＲ素
子を磁気ヘッドとして使用する場合は、磁気シールド等
の他の磁性体とも併用するため、磁界印加手段を具備す
ることさえ困難となる。更に、強磁性合金薄膜ｌの長手
方向ζこバイアス磁界を印加すると、強磁性合金薄膜ｌ
の磁化がバイアス磁界の方向に束縛されるため、信号磁
界に対する感度が劣化する。

又、磁界３を消滅させる他の方法に強磁性合金薄膜１の
アスペクト比（ＭＥ、素子の長さＬ／ＭＲ。

素子の幅Ｗ）を増大させることが知へれている（例えば
、イｇ学技報Ｖｏ１８４．雇１３Ｂ（１９８４）１５〜
２１ページ）。この方法によれば、アスペクト比を３以
上に設定することにより、少なくとも５強磁性合金薄膜
ｌの中央部に存在する磁壁は消滅する。しかし１強磁性
合金薄膜ｌの長手方向の両端（電極２でおおわれた領域
）近傍には、依然として、磁壁が存在し、この領域の磁
壁の移動によって１Ｍ几累子の出力には、再生出力の変
動、バルクハウゼンノイズの発生が見られる。

（発明の目的） 本発明は、このような欠点を招来することなく再生出力
を安定化し、バルクハウゼンノイズを低減させた磁気抵
抗効果素子を提供することにある。

（発明の構成） 本発明の磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果を有する短　
状強磁性合金薄膜と、該薄膜の長手方向の両端部に、少
くとも１対の電極部を備えた磁気抵抗効果素子において
、！極部は、前記強磁性合金薄膜上に非磁性材料から成
る導体膜と、導電性の軟磁性膜が順次積層された構成を
有し、前記強磁性合金薄膜と前記軟磁性膜とが静磁気的
に結合し得る範囲に、前記導体膜の膜厚が設定されてい
ることを特徴としている。この結果前記強磁性合金薄膜
に供給されるセンス電流が、前記強磁性合金薄膜の長手
方向と平行に前記導体膜及び前記軟磁性膜にも分流する
。

（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の様なＭＲ，素子の電極構成をとること
により従来技術の問題点を解決し１した。

即ち１本発明では、軟磁性膜と強磁性合金Ｎ膜とを静磁
気的に結合させ、電極部分における強磁性合金薄膜の幅
方向の反磁界を転減させるとともに。

軟磁性膜及び導体膜にセンス電流を分流させ、該分流セ
ンスを流によりて強磁性合金薄膜の幅方向に発生する磁
界を利用して１強磁性合金薄膜の長手方向両端の磁化を
幅方向に飽和させている。従りて、強磁性合金薄膜の長
手方向の両端に磁壁が発生することがなくなる。即ち、
磁壁の存在による再生出力の変動、及び磁壁の移動によ
るバルクハウゼン雑音の発生が抑制できる。

以下１本発明を実施例を示す図面を用いて、更に詳細に
説明する。

（実施例） 第１図は１本発明によるＭＲ，素子の第１の実施例を示
す図で、＃Ｉ１図（ａ）、　（ｂ）＄１！それぞれ平面
図及び正面図を示す、 図において、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｏ　　合金等の磁気抵抗
効果を有する材料から放る短冊状の強磁性合金薄＠１の
長手方向の両端に、　’ｌ’ｉ、Ｔａ、　Ｍｏ等の非磁
性材料からなる導体膜４が積層しである。ｖＫ、に。

該導体膜４の上に、軟磁性アモルファス合金（例えば、
　ＣｏＺｒ、　ＣｏＴａ等のＣｏ　−メタル系アモルフ
ァス）、パーマロイ等の導電性をセする軟磁性膜５が積
層しである。導体膜４の厚みに１強磁性合金薄膜ｌと軟
磁性膜５が静磁気的な結合が行える範囲に選定される。

例えば、１００Ａ及至２０００λ程度の厚みが良い。又
、軟磁性膜５の厚みは１強磁性合金薄膜ｌの厚み及び飽
和磁化ζこ応じて決定される。強磁性合金薄膜１の厚み
、飽和磁化をそれぞれ、　Ｔｌ、Ｍｔ　　とおき、軟磁
性膜５の厚み、飽和磁化をそれぞれ、１２．　Ｍ２　　
とおくと、　　ｔＩＭｔ＜１２Ｍ２の条件を満せば良い
。例えば強磁性合金薄膜ｌとしてｔｌ＝４０ＯＡ、Ｍｔ
＝８００ｅｍｕ／ｃｃのパーマロイ合金を用い、軟磁性
膜５として、　Ｍ２＝１１００ｅｍｕ／ｃｃのＣｏＺｒ
アモルファス軟ａ性軟管性体ると、その厚みｔ２は３０
０Ａ以上に設定すれば良い、続いて、図において、軟磁
性膜５の上にはＡｕ、Ｃｕ、　ＡＩ　　等の良導電性の
電極２が接続しである。電極２は軟磁性膜５より小さい
面積で、しかも、軟磁性膜５０ＭＲ素子１の中央部寄り
側が露出される様に被着されている。

かかる構成のＭ、Ｔ’Ｌ素子において、電極２からセン
ス電流Ｉｓが供給されると、電極２と軟磁性膜５の接続
面から、センス電流Ｉｓは強磁性合金薄膜！、導体膜４
．軟磁性膜５を、それぞれの固有抵抗及び厚みに応じて
強磁性合金薄膜１の長手方向に平行に分流し、軟磁性膜
５．導体膜４の強磁性合金薄膜１の中央部側の端部がら
再び、強磁性合金薄膜ｌに集中して流れる様になる。軟
磁性膜５、導体膜」に分流したセンス電流は、その回り
に強磁性合金薄膜１の膜面内を通る磁界ＨＢを発生する
。該磁界ＨＢは、軟磁性膜５が積層された強磁性合金薄
膜１の長手方向両端部の磁化を強磁性合金薄膜ｌへ幅方
向に励磁する。しかも、この領域は、軟磁性膜５の静磁
気的結合によって１幅方向の反磁界が大きく軽減されて
いるため１弱い磁界ＨＢであっても０強磁性合金薄膜ｌ
の磁化をその幅方向に飽和させることができる。

尚、軟磁性膜５は、それ自体の磁気抵抗効果かによる抵
抗変化が小さくなる様な材料、膜厚が選ばれる。例えば
、Ｃｏ−メタル系アモルファス軟磁性体は、極めて磁気
抵抗効果が小さく、零となる組成も選定できる。又パー
マロイ合金は１強磁性合金薄膜１と同等の磁気抵抗効果
を有するが。

強磁性合金薄膜１と同等膜厚よりも充分大きな膜厚に設
定することにより、抵抗変化は極めて小さくできる。こ
の様に軟磁性膜５の膜厚を大きく設定することは、前述
した様に１強磁性合金薄膜Ｉとの静磁気的結合を強固に
し１強磁性合金薄膜ｌの反磁界を軽減するのに有効であ
るし、しかも軟磁性膜５の電気抵抗が低下する分だけ、
センス電流Ｉｓが多く分流し、磁界ＨＢが増加する効果
もある。従って１強磁性合金薄膜１の磁化をその幅方向
に更に、飽和させやすくする。

第１図は、軟磁性膜５の上部に電＆２を積層した構成を
有するＭＲ素子を示すが、上述した様に。

軟磁性膜５の膜厚を充分大きく設定し、電気抵抗を低下
させれば、電＆２は実質的に不要になる。

この様な電極構成を有する本発明によるＭＲ素子の実施
例を第２図に示す。第２図において、電極２は、軟磁性
膜５と同じ材料で構成されている。

軟磁性ａ５の膜厚は１強磁性合金薄膜ｌより大きく設定
されその電気抵抗は強磁性合金薄膜１の抵抗値よりも充
分小さく１例えば１／１０程度の大きさになる様に設定
される。これによって、軟磁性膜５（電極２）の磁気抵
抗効果による抵抗変化を極めて小さくできる。無論軟磁
性膜５（を極２）としてＣｏ−メタル系アモルファス膜
等のように、　−磁気抵抗効果が極めて小さい材料を選
択すれば。

更に、軟磁性膜５（ｔ＆２）の抵抗変化は無視できる。

第２図（ａ）、　（ｂ）の様な構成では、第１図に示す
電極２が不要となるため、ＭＲ素子の製造プロセスが簡
便になる。

第３図（ａ）、　（ｂｌに本発明の更に、他の実施例を
示す。第３図は、米国特許３８１３６９２号に開示され
たいわゆるシャントバイアス型ＭＲ素子に本発明を適用
した実施例である。第３図では、第１図と違って強磁性
合金薄膜ｌの全面に導体膜４が積層されている。電極２
から供給されるセンス電流Ｉｓは、軟磁性膜５が積層さ
れた強磁性合金薄膜ｌの長手方向両端では、該軟磁性Ｊ
ｌｌ！５．導体膜４及び強磁性合金薄膜１に分流するが
、強磁性合金薄膜ｌの中央部（軟磁性膜５が積層されて
いない領域）では導体膜４及び強磁性合金簿膜ｌに分流
する。軟磁性膜５及び導体膜４中の分流センス電流は、
第１図の実施例と同様１強磁性合金薄膜ｌの幅方向ｌこ
磁界ＨＢを発生し、軟磁性膜５が積層されたＭ几素子１
の長手方向両端の磁化を幅方向に飽和させる。−１１強
磁性合金薄膜ｌの中央部ｌこおける導体膜４に分流する
センス電流は１強磁性合金薄膜ｌの幅方向に磁界Ｈを発
生する。この磁界Ｈに１強磁性合金薄膜１の中央部（軟
磁性膜５が積層されていない領域）の磁化を所定の方向
にバイアスするのに用いられる。この様に強磁性合金薄
膜ｌの磁化をバイアスすることにより、外部信号磁界に
対する強磁性合金薄膜Ｉの応答が線形化することができ
る。第３図の実施例では１Ｍ几素子を線形応答するため
のバイアス手段が１強磁性合金薄膜ｌと軟磁性膜５とを
靜母気結合さるための導体膜４としても機能するため１
ＭＲ累子の製造７０セスが簡便になる。

（発明の効果） 以上、述べた様に本発明でＭＲ素子では１強磁性合金薄
＠ｉの長手方向の両端に導暎＠４を介して、軟礁性膜５
８積層し、強磁性合金薄膜ｌと軟磁性膜５の靜出気的結
合及び導体膜４と軟磁性膜５に分流するセンス電流の発
生する磁界ＨＢを利用して１強磁性合金薄Ｒ１Ｏ長手方
向の両端における磁化を１強磁性合金薄ｓ１の幅方向に
飽和させている。従って、この部分における磁壁は消滅
し、磁壁の存在による再生出力の変動、及磁壁の移動に
よるバルクハウゼン雑音の発生が抑制される。しかも、
この部分は、強磁性合金薄膜ｌの磁化が飽和しているこ
とにより、外部信号磁界に対しても、磁化の回転が生じ
ないことと導体膜４及び導電性の軟磁性膜５が積層され
、正味の電気抵抗が極めて小さくなっていることの効果
により。

外部信号磁界に対して抵抗変化が生じな（なっている。

従ってＭＲ素子の信号磁界検出部分を厳密に規定できる
。

更に、軟磁性膜５は、電極２としての機能、導ＣＩＦ−
膜４は１Ｍ几素子を線形応答させるバイアス手段として
の機能も併用させることができるため。

ＭＲ素子の構造が極めて、簡単になり、従って製造プロ
セスが簡便ｌこなるという利点が生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂＪは本発明による磁気抵抗効果素
子の第１の実施例を示す図、第２図（ａｌ、（ｂｌは本
発明による磁気抵抗効果素子の第２の実施例を示す図。 第３図（ａ）、　（ｂ）は本発明による磁気抵抗効果素
子の第３の実施例を示す図、第４図（ａ）、　（ｂ）は
従来技術による磁気抵抗効果素子を示す図である。 図において ｌ・・・・・・強磁性合金薄膜、　　２・・・・・・を
極、　　３・・・・・磁壁、　４・・・・・・導体膜、
　　５・・・・・・軟磁性膜ｆ・・「：・・、フ・′理
１−内原　晋第１図 （ａ） 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 （ａ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気抵抗効果を有する短冊状強磁性合金薄膜と、
   該薄膜の長手方向の両端部に少なくとも１対の電極部を
   備えた磁気抵抗効果素子において、電極部は強磁性合金
   薄膜上に、非磁性材料からなる導体膜と導電性の軟磁性
   膜が順次積層された構成を有し、強磁性合金薄膜と軟磁
   性膜とが静磁気的に結合し得る範囲に導体膜の膜厚が設
   定されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. （２）電極部には軟磁性膜上にさらに電極が形成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の磁気抵抗効果素子。
3. （３）電極部を構成する非磁性材料からなる導体膜は強
   磁性合金薄膜上の全面に形成されている特許請求の範囲
   第１項又は、第２項記載の磁気抵抗効果素子。